Abstract The nuclear ribosomal internal transcribed spacer ( ITS ) region is the formal fungal barcode and in most cases the marker of choice for the exploration of fungal diversity in environmental samples. Two problems are particularly acute in the pursuit of satisfactory taxonomic assignment of newly generated ITS sequences: (i) the lack of an inclusive, reliable public reference data set and (ii) the lack of means to refer to fungal species, for which no Latin name is available in a standardized stable way. Here, we report on progress in these regards through further development of the UNITE database ( http://unite.ut.ee ) for molecular identification of fungi. All fungal species represented by at least two ITS sequences in the international nucleotide sequence databases are now given a unique, stable name of the accession number type (e.g. H ymenoscyphus pseudoalbidus | GU 586904| SH 133781.05 FU ), and their taxonomic and ecological annotations were corrected as far as possible through a distributed, third‐party annotation effort. We introduce the term ‘species hypothesis’ ( SH ) for the taxa discovered in clustering on different similarity thresholds (97–99%). An automatically or manually designated sequence is chosen to represent each such SH. These reference sequences are released ( http://unite.ut.ee/repository.php ) for use by the scientific community in, for example, local sequence similarity searches and in the QIIME pipeline. The system and the data will be updated automatically as the number of public fungal ITS sequences grows. We invite everybody in the position to improve the annotation or metadata associated with their particular fungal lineages of expertise to do so through the new Web‐based sequence management system in UNITE .

Fungi play major roles in ecosystem processes, but the determinants of fungal diversity and biogeographic patterns remain poorly understood. Using DNA metabarcoding data from hundreds of globally distributed soil samples, we demonstrate that fungal richness is decoupled from plant diversity. The plant-to-fungus richness ratio declines exponentially toward the poles. Climatic factors, followed by edaphic and spatial variables, constitute the best predictors of fungal richness and community composition at the global scale. Fungi show similar latitudinal diversity gradients to other organisms, with several notable exceptions. These findings advance our understanding of global fungal diversity patterns and permit integration of fungi into a general macroecological framework.

High-throughput sequencing studies generate vast amounts of taxonomic data. Evolutionary ecological hypotheses of the recovered taxa and Species Hypotheses are difficult to test due to problems with alignments and the lack of a phylogenetic backbone. We propose an updated phylum- and class-level fungal classification accounting for monophyly and divergence time so that the main taxonomic ranks are more informative. Based on phylogenies and divergence time estimates, we adopt phylum rank to Aphelidiomycota, Basidiobolomycota, Calcarisporiellomycota, Glomeromycota, Entomophthoromycota, Entorrhizomycota, Kickxellomycota, Monoblepharomycota, Mortierellomycota and Olpidiomycota. We accept nine subkingdoms to accommodate these 18 phyla. We consider the kingdom Nucleariae (phyla Nuclearida and Fonticulida) as a sister group to the Fungi. We also introduce a perl script and a newick-formatted classification backbone for assigning Species Hypotheses into a hierarchical taxonomic framework, using this or any other classification system. We provide an example of testing evolutionary ecological hypotheses based on a global soil fungal data set.

• Compared with Sanger sequencing-based methods, pyrosequencing provides orders of magnitude more data on the diversity of organisms in their natural habitat, but its technological biases and relative accuracy remain poorly understood. • This study compares the performance of pyrosequencing and traditional sequencing for species' recovery of ectomycorrhizal fungi on root tips in a Cameroonian rain forest and addresses biases related to multi-template PCR and pyrosequencing analyses. • Pyrosequencing and the traditional method yielded qualitatively similar results, but there were slight, but significant, differences that affected the taxonomic view of the fungal community. We found that most pyrosequencing singletons were artifactual and contained a strongly elevated proportion of insertions compared with natural intra- and interspecific variation. The alternative primers, DNA extraction methods and PCR replicates strongly influenced the richness and community composition as recovered by pyrosequencing. • Pyrosequencing offers a powerful alternative for the identification of ectomycorrhizal fungi in pooled root samples, but requires careful selection of molecular tools. A well-populated backbone database facilitates the detection of biological and technical artifacts. The pyrosequencing pipeline is available at http://unite.ut.ee/454pipeline.tgz.

The cryptic lifestyle of most fungi necessitates molecular identification of the guild in environmental studies. Over the past decades, rapid development and affordability of molecular tools have tremendously improved insights of the fungal diversity in all ecosystems and habitats. Yet, in spite of the progress of molecular methods, knowledge about functional properties of the fungal taxa is vague and interpretation of environmental studies in an ecologically meaningful manner remains challenging. In order to facilitate functional assignments and ecological interpretation of environmental studies we introduce a user friendly traits and character database FungalTraits operating at genus and species hypothesis levels. Combining the information from previous efforts such as FUNGuild and FunFun together with involvement of expert knowledge, we reannotated 10,210 and 151 fungal and Stramenopila genera, respectively. This resulted in a stand-alone spreadsheet dataset covering 17 lifestyle related traits of fungal and Stramenopila genera, designed for rapid functional assignments of environmental studies. In order to assign the trait states to fungal species hypotheses, the scientific community of experts manually categorised and assigned available trait information to 697,413 fungal ITS sequences. On the basis of those sequences we were able to summarise trait and host information into 92,623 fungal species hypotheses at 1% dissimilarity threshold.

Parkinson’s disease (PD) presently is conceptualized as a protein aggregation disease in which pathology involves both the enteric and the central nervous system, possibly spreading from one to another via the vagus nerves. As gastrointestinal dysfunction often precedes or parallels motor symptoms, the enteric system with its vast diversity of microorganisms may be involved in PD pathogenesis. Alterations in the enteric microbial taxonomic level of L-DOPA-naïve PD patients might also serve as a biomarker. We performed metagenomic shotgun analyses and compared the fecal microbiomes of 31 early stage, L-DOPA-naïve PD patients to 28 age-matched controls. We found increased Verrucomicrobiaceae (Akkermansia muciniphila) and unclassified Firmicutes, whereas Prevotellaceae (Prevotella copri) and Erysipelotrichaceae (Eubacterium biforme) were markedly lowered in PD samples. The observed differences could reliably separate PD from control with a ROC-AUC of 0.84. Functional analyses of the metagenomes revealed differences in microbiota metabolism in PD involving the ẞ-glucuronate and tryptophan metabolism. While the abundances of prophages and plasmids did not differ between PD and controls, total virus abundance was decreased in PD participants. Based on our analyses, the intake of either a MAO inhibitor, amantadine, or a dopamine agonist (which in summary relates to 90% of PD patients) had no overall influence on taxa abundance or microbial functions. Our data revealed differences of colonic microbiota and of microbiota metabolism between PD patients and controls at an unprecedented detail not achievable through 16S sequencing. The findings point to a yet unappreciated aspect of PD, possibly involving the intestinal barrier function and immune function in PD patients. The influence of the parkinsonian medication should be further investigated in the future in larger cohorts.

Rapid development of high-throughput (HTS) molecular identification methods has revolutionized our knowledge about taxonomic diversity and ecology of fungi. However, PCR-based methods exhibit multiple technical shortcomings that may bias our understanding of the fungal kingdom. This study was initiated to quantify potential biases in fungal community ecology by comparing the relative performance of amplicon-free shotgun metagenomics and amplicons of nine primer pairs over seven nuclear ribosomal DNA (rDNA) regions often used in metabarcoding analyses. The internal transcribed spacer (ITS) barcodes ITS1 and ITS2 provided greater taxonomic and functional resolution and richness of operational taxonomic units (OTUs) at the 97% similarity threshold compared to barcodes located within the ribosomal small subunit (SSU) and large subunit (LSU) genes. All barcode-primer pair combinations provided consistent results in ranking taxonomic richness and recovering the importance of floristic variables in driving fungal community composition in soils of Papua New Guinea. The choice of forward primer explained up to 2.0% of the variation in OTU-level analysis of the ITS1 and ITS2 barcode data sets. Across the whole data set, barcode-primer pair combination explained 37.6–38.1% of the variation, which surpassed any environmental signal. Overall, the metagenomics data set recovered a similar taxonomic overview, but resulted in much lower fungal rDNA sequencing depth, inability to infer OTUs, and high uncertainty in identification. We recommend the use of ITS2 or the whole ITS region for metabarcoding and we advocate careful choice of primer pairs in consideration of the relative proportion of fungal DNA and expected dominant groups.

Global species richness patterns of soil micro-organisms remain poorly understood compared to macro-organisms. We use a global analysis to disentangle the global determinants of diversity and community composition for ectomycorrhizal (EcM) fungi-microbial symbionts that play key roles in plant nutrition in most temperate and many tropical forest ecosystems. Host plant family has the strongest effect on the phylogenetic community composition of fungi, whereas temperature and precipitation mostly affect EcM fungal richness that peaks in the temperate and boreal forest biomes, contrasting with latitudinal patterns of macro-organisms. Tropical ecosystems experience rapid turnover of organic material and have weak soil stratification, suggesting that poor habitat conditions may contribute to the relatively low richness of EcM fungi, and perhaps other soil biota, in most tropical ecosystems. For EcM fungi, greater evolutionary age and larger total area of EcM host vegetation may also contribute to the higher diversity in temperate ecosystems. Our results provide useful biogeographic and ecological hypotheses for explaining the distribution of fungi that remain to be tested by involving next-generation sequencing techniques and relevant soil metadata.

Abstract Aim Organisms on our planet form spatially congruent and functionally distinct communities, which at large geographical scales are called “biomes”. Understanding their pattern and function is vital for sustainable use and protection of biodiversity. Current global terrestrial biome classifications are based primarily on climate characteristics and functional aspects of plant community assembly. These and other existing biome schemes do not take account of soil organisms, including highly diverse and functionally important microbial groups. We aimed to define large‐scale structure in the diversity of soil microbes (soil microbiomes), pinpoint the environmental drivers shaping it and identify resemblance and mismatch with existing terrestrial biome schemes. Location Global. Time period Current. Major taxa studied Soil eukaryotes and prokaryotes. Methods We collected soil samples from natural environments world‐wide, incorporating most known terrestrial biomes. We used high‐throughput sequencing to characterize soil biotic communities and k ‐means clustering to define soil microbiomes describing the diversity of microbial eukaryotic and prokaryotic groups. We used climatic data and soil variables measured in the field to identify the environmental variables shaping soil microbiome structure. Results We recorded strong correlations among fungal, bacterial, archaeal, plant and animal communities, defined a system of global soil microbiomes (producing seven biome types for microbial eukaryotes and six biome types for prokaryotes) and showed that these are typically structured by pH alongside temperature. None of the soil microbiomes are directly paralleled by any current terrestrial biome scheme, with mismatch most substantial for prokaryotes and for microbial eukaryotes in cold climates; nor do they consistently distinguish grassland and forest ecosystems. Main conclusions Existing terrestrial biome classifications represent a limited surrogate for the large‐scale diversity patterns of microbial soil organisms. We show that empirically defined soil microbiomes are attainable using metabarcoding and statistical clustering approaches and suggest that they can have wide application in theoretical and applied biodiversity research.

Abstract Plant species richness and the presence of certain influential species (sampling effect) drive the stability and functionality of ecosystems as well as primary production and biomass of consumers. However, little is known about these floristic effects on richness and community composition of soil biota in forest habitats owing to methodological constraints. We developed a DNA metabarcoding approach to identify the major eukaryote groups directly from soil with roughly species-level resolution. Using this method, we examined the effects of tree diversity and individual tree species on soil microbial biomass and taxonomic richness of soil biota in two experimental study systems in Finland and Estonia and accounted for edaphic variables and spatial autocorrelation. Our analyses revealed that the effects of tree diversity and individual species on soil biota are largely context dependent. Multiple regression and structural equation modelling suggested that biomass, soil pH, nutrients and tree species directly affect richness of different taxonomic groups. The community composition of most soil organisms was strongly correlated due to similar response to environmental predictors rather than causal relationships. On a local scale, soil resources and tree species have stronger effect on diversity of soil biota than tree species richness per se.